JP2007042935A - 電子部品の圧着装置及び圧着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧ツールによる熱硬化性接着部材の熱圧着時間を短縮せずに、電子部品を圧着するに要する時間を短縮できるようにした圧着装置を提供することにある。
【解決手段】基板に熱硬化性接着部材を介して仮圧着された電子部品２３を、クッション材を介して加圧ツール１８で加圧加熱して圧着する電子部品の圧着装置であって、昇降駆動機構１と、加圧ツール及び加圧ツールに加圧力を付与するエアシリンダ１５が設けられ昇降駆動機構によって上下駆動される加圧ユニット１１と、加圧ツールがクッション材に接触して電子部品に加圧力を付与してから上昇を開始してクッション材から離れるまでの時間を基板に電子部品を加圧加熱する圧着時間として昇降駆動機構及びエアシリンダによる加圧ツールの駆動を制御する制御装置３１とを具備する。
【選択図】 図１

Description

この発明は基板に仮圧着された電子部品を本圧着するための電子部品の圧着装置及び圧着方法に関する。

液晶ディスプレイパネルなどの基板にＴＣＰ(Tape carrier package)などの電子部品を実装する場合、異方性導電部材などの熱硬化性接着部材が用いられる。上記電子部品を上記基板に実装する場合、本圧着と仮圧着とがあり、本圧着の場合、テーブルに載置された基板の上方に上下方向に駆動可能に加圧ツールを設け、この加圧ツールによって上記基板に仮圧着された電子部品を熱圧着する。上記加圧ツールによって電子部品を熱圧着する際、熱硬化性接着部材が溶融して基板と電子部品との間から押し出されて加圧ツールに付着し、汚れの原因になることがある。

加圧ツールが汚れると、この加圧ツールによって電子部品を加圧する際に、その汚れが加圧ツールと電子部品との間に介在して電子部品を均一に加圧できなくなるため、電子部品が基板に平行に圧着されなかったり、電子部品の破損を招く原因になるなどのことがある。

そこで、電子部品を本圧着するときに、電子部品と加圧ツールとの間に耐熱性の樹脂などによって形成されたテープ状のクッション材を介在させ、本圧着時に生じる汚れが加圧ツールに付着するのを防止するようにしている。

上記電子部品を上記基板に確実に接着固定させるためには、上記加圧ツールによって基板と電子部品との間に設けられた熱硬化性接着剤を確実に溶融硬化させる必要がある。そのため、上記加圧ツールによって上記電子部品を加圧加熱する圧着時間を実験等によって決定し、その圧着時間に基いて上記加圧ツールによって上記電子部品を実装するということが行なわれている。一方、タクトタイムを短縮し、生産性を向上させるためには上記加圧ツールによる圧着時間を少しでも短くすることが要求される。

加圧ツールによってバックアップツール上に載置された基板の一辺に電子部品を加圧加熱する従来技術としては特許文献１が知られている。特許文献１に示された従来技術は、加圧ツールが電子部品に当たる時点を熱圧着動作の開始点とし、その開始点から加圧ツールが上昇を開始する時点を熱圧着動作の終了点とし、その間を圧着時間としている。
特開２００３−５９９７３号公報

クッション材を介して加圧ツールによって電子部品を加圧し、熱硬化性接着部材を加圧加熱して溶融硬化させる熱圧着動作時には、上記クッション材、熱硬化性接着部材、電子部品及び基板などが加圧ツールによって圧縮される。

そのため、加圧ツールが上昇を開始する時点を熱圧着動作の終了点とすると、加圧ツールが上昇を開始してから上記クッション材、熱硬化性接着部材、電子部品及び基板などの圧縮状態が解除されるまでは、上記加圧ツールによる圧力と熱とが上記熱硬化性接着部材に作用していることになる。つまり、加圧ツールがクッション材から離れるまでは、実質的に熱硬化性接着部材に加圧ツールによる加圧と加熱が作用している圧着時間とみなすことができる。

しかしながら、従来は加熱ツールが上昇を開始する時点を熱圧着動作の終了点として圧着時間を設定していた。そのため、加圧ツールが上昇を開始してからクッション材から離れる間での時間が余分な圧着時間となるから、その分、タクトタイムが長くなり、生産性の低下を招くということがあった。

この発明は、加圧ツールが上昇を開始した時点でなく、加圧ツールがクッション材から離れる時点を熱圧着動作の終了とすることで、圧着時間を短縮することができるようにした電子部品の圧着装置及び圧着方法を提供することにある。

この発明は、基板に熱硬化性接着部材を介して仮圧着された電子部品を、クッション材を介して加圧ツールで加圧加熱して圧着する電子部品の圧着装置であって、
昇降駆動機構と、
上記加圧ツール及びこの加圧ツールに加圧力を付与する加圧手段が設けられ上記昇降駆動機構によって上下駆動される加圧ユニットと、
上記加圧ツールが上記クッション材に接触してこのクッション材の圧縮を開始してから上昇を開始するまでの時間を上記基板に上記電子部品を加圧加熱する圧着時間として上記昇降駆動機構及び上記加圧手段による上記加圧ツールの駆動を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする電子部品の圧着装置にある。

上記制御手段は、上記圧着時間の終了後に上記加圧ツールを上昇させる際、この加圧ツールが上記クッション材から離れるまでの上昇速度を、離れてからの上昇速度よりも遅くなるよう制御することが好ましい。

上記制御手段は、上記加圧ツールを下降させて上記電子部品を上記基板に圧着する際、所定の速度で下降する上記加圧ツールの下降速度を、この加圧ツールがクッション材に接触する前に減速させることが好ましい。

この発明は、基板に熱硬化性接着部材を介して仮圧着された電子部品を、クッション材を介して加圧ツールで加圧加熱して圧着する電子部品の圧着方法であって、
上記加圧ツールを下降させる工程と、
下降した上記加圧ツールによって上記クッション材を圧縮して上記電子部品を上記基板に加圧加熱する工程と、
上記加圧ツールが上記クッション材に接触してから上昇を開始するまでの時間を上記基板に上記電子部品を加圧加熱する圧着時間として上記加圧ツールによる上記電子部品の圧着時間を制御する工程と
を具備したことを特徴とする電子部品の圧着方法にある。

上記圧着時間が終了後に上記加圧ツールが上昇する際、この加圧ツールが上記クッション材から離れるまでの上昇速度を、離れてからの上昇速度よりも遅くすることが好ましい。

この発明によれば、加圧ツールが上昇を開始してクッション材から離れる時点を熱圧着動作の終了点として圧着時間を設定するようにした。

そのため、加圧ツールが上昇を開始してクッション材から離れる時点を熱圧着動作の終了点とする場合に比べ、加圧ツールが上昇を開始してからクッション材から離れるまでの時間を短縮できるから、その分、タクトタイムを短縮することができる。しかも、加圧ツールがクッション材から離れるまでは加圧ツールによって実質的な熱圧着動作が行なわれているから、圧着時間を短縮しても、圧着不良を招くのを防止できる。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１に示すこの発明の圧着装置は昇降駆動機構１を備えている。この昇降駆動機構１は固定部２の垂直面２ａに取り付け固定された筐体３を有する。この筐体３内にはねじ軸４が上下方向に沿って回転可能に設けられている。このねじ軸４は、上記筐体３の上面に設けられたＺ駆動源５によって回転駆動されるようになっている。

上記ねじ軸４にはナット部材７が螺合されている。このナット部材７にはアーム８の一端が固着されている。アーム８の他端は上記筐体３の前面に形成された開口部３ａから外部に突出し、その突出端には加圧ユニット１１が設けられている。

上記加圧ユニット１１はベース部材１２を有する。このベース部材１２の背面の上下方向中途部には上記アーム８の他端が固着されている。ベース部材１２の背面は上記筐体３の前面に設けられた第１のリニアガイド１３によって上下方向に移動可能に支持されている。それによって、上記Ｚ駆動源５が作動して上記ねじ軸４が回転駆動されれば、上記ベース部材１２が筐体３の前面を上下方向に駆動されるようになっている。

上記ベース部材１２の前面の上下方向中途部には載置部材１４が水平に設けられていて、この載置部材１４の上面には加圧手段としてのエアシリンダ１５が軸線を垂直にして設けられている。

上記エアシリンダ１５のロッド１５ａは上記載置部材１４の下面側に突出していて、その下端には可動体１６が取り付けられている。この可動体１６は上記ベース部材１２の前面に設けられた第２のリニアガイド１７によって上下動可能にガイドされている。

上記可動体１６の下端にはヒータ１８ａを有する加圧ツール１８が取り付けられている。したがって、上記エアシリンダ１５が作動すれば、上記加圧ツール１８が上下方向に駆動されるようになっている。

上記加圧ツール１８の下方にはバックアップツール１９が配設されている。このバックアップツール１９は上部にヒータ１９ａが設けられ、図示せぬＺ駆動源によって上下方向に駆動可能となっている。

上記バックアップツール１９の側方にはテーブル２１が設けられている。このテーブル２１は駆動装置２２によってＸ、Ｙ及びθ方向に駆動可能となっている。テーブル２１の上面には液晶ディスプレイパネルなどの基板Ｗが供給され、真空吸着などの手段によって保持固定される。

上記基板Ｗは、図３に示すように大きさの異なる２枚の基板Ｗが貼り合わされていて、下側に位置する基板Ｗの周辺部の二辺にはＴＣＰなどの電子部品２３がテープ状の異方性導電部材からなる熱硬化性接着部材２４によって仮圧着されている。

上記テーブル２１に載置固定される上記基板Ｗは、電子部品２３が仮圧着された周辺部を上記テーブル２１から外方に突出させている。基板Ｗは上記テーブル２１によって電子部品２３が仮圧着された２つの側辺の一方が上記バックアップツール１９の上端と上記加圧ツール１８の下端との間に位置決めされる。

その状態で、上記バックアップツール１９が上昇して基板Ｗの下面を保持した状態で、上記加圧ツール１８が下降する。それによって、上記基板Ｗに仮圧着された電子部品２３が加圧ツール１８とバックアップツール１９とで挟持されて加圧加熱されるから、上記熱硬化性接着部材２４が溶融硬化して上記電子部品２３が上記基板Ｗに本圧着される。

加圧ツール１８によって電子部品２３を基板Ｗに本圧着する際、図２に示すように加圧ツール１８と電子部品２３との間にはテープ状のクッション材２５が介装される。このクッション材２５は耐熱性を有する、たとえばフッ素樹脂などの合成樹脂によって形成されている。

上記クッション材２５は、供給リール２６から繰り出され、一対のガイドローラ２７にガイドされて上記テーブル２１に載置された基板Ｗに仮圧着された電子部品２３の上方を平行に走行し、巻き取りリール２８に巻き取られるようになっている。なお、クッション材２５は加圧ツール１８が上記電子部品２３の熱圧着を行なうごとに、上記巻き取りリール２８によって所定寸法ずつ巻き取られるようになっている。

上記昇降駆動機構１のＺ駆動源５及び上記テーブル２１の駆動装置２２は制御装置３１によって駆動が制御されるようになっている。上記エアシリンダ１５には圧力制御部３２を介して圧縮空気の供給源３３から圧縮空気が供給されるようになっている。上記制御装置３１は上記エアシリンダ１５に供給する圧縮空気の圧力を上記圧力制御部３２を介して制御するようになっている。

なお、上記加圧ツール１８に設けられたヒータ１８ａ及びバックアップツール１９に設けられたヒータ１９ａも上記制御装置３１によって温度制御されるようになっている。

つぎに、上記構成の圧着装置によって基板Ｗに仮圧着された電子部品２３を本圧着するときの動作を図４に示すタイムチャートを参照しながら説明する。
加圧ツール１８が上昇し、バックアップツール１９が下降した状態で、テーブル２１が制御装置３１によって駆動され、このテーブル２１上に吸着保持された基板Ｗの電子部品２３が仮圧着された一辺が上記加圧ツール１８とバックアップツール１９との間に位置決めされる。

基板Ｗが位置決めされると、バックアップツール１９が上昇して基板Ｗの一辺の下面を支持した後、昇降駆動機構１のＺ駆動源５が制御装置３１によって駆動されて加圧ツール１８がベース部材１２とともに下降する。図４に示すように、加圧ツール１８の下降開始高さをＺ０、下降速度をＶ０とする。

加圧ツール１８が電子部品２３よりもわずかに高い、高さＺ１まで下降する時間Ｔ１までは加圧ツール１８は下降速度Ｖ０で下降する。そして、加圧ツール１８が高さＺ１に到達すると、ベース部材１２の下降速度がＶ０からそれよりも緩やかな速度Ｖ１に減速される。

加圧ツール１８が緩やかな速度Ｖ１で下降し、時間Ｔ２で高さＺ２に下降すると、加圧ツール１８がクッション材２５に接触し、加圧ツール１８による熱圧着動作が開始される。つまり、時間Ｔ２が加圧ツール１８による電子部品２３の圧着の開始時間となる。

ベース部材１２は速度Ｖ１でさらに高さＺ３まで下降する。このとき、加圧ツール１８には圧力が加わる。その圧力によってエアシリンダ１５のロッド１５ａが押し戻されるから、加圧ツール１８とベース部材１２との相対的な移動によって、加圧ツール１８はクッション材２５、電子部品２３、熱硬化性接着部材２４、さらに基板Ｗを弾性的に圧縮しながら下降する。なお、基板Ｗは材質によっては圧縮されないこともあるが、この実施の形態では弾性的に圧縮可能な材料が用いられている。

このように、時間Ｔ２で加圧ツール１８がクッション材２５に接触してから時間Ｔ３までの間は、ベース部材１２を緩やかな速度Ｖ１で下降させている。そのため、時間Ｔ２で加圧ツール１８はクッション材２５に対して衝撃を与えることなく、緩やかに接触することになるから、接触時に加圧ツール１８によってクッション材２５が熱硬化性接着部材２４の上方で位置ずれするのを抑制できる。それによって、加圧ツール１８によって加熱溶融される熱硬化性接着部材２４が上記加圧ツール１８に付着するのを防止できる。

時間Ｔ３では、圧力制御部３２によって所定の圧力に制御された圧縮空気がエアシリンダ１５に供給される。それによって、加圧ツール１８は速度Ｖ１よりも速い速度Ｖ２でＺ４の高さまで下降し、クッション材２５、電子部品２３、熱硬化性接着部材２４、及び基板Ｗを圧縮空気の圧力に応じて弾性的に圧縮しながら基板Ｗをバックアップツール１９に押圧する。その結果、加圧ツール１８とバックアップツール１９とで熱硬化性接着部材２４が加圧加熱されて溶融硬化する。

熱硬化性接着部材２４を溶融硬化させるために必要な圧着時間が（Ｔ５−Ｔ２）であるとすると、時間Ｔ５となる少し前の時間Ｔ４までは加圧ツール１８はＺ４の高さに維持され、時間Ｔ４で上記ベース部材１２の上昇を開始させる。このときの上昇速度をＶ３とする。

ベース部材１２が上昇を開始すると、この上昇に加圧ツール１８が連動するから、加圧ツール１８により弾性的に圧縮されたクッション材２５、電子部品２３、熱硬化性接着部材２４、及び基板Ｗが徐々に復元し、時間Ｔ５で加圧ツール１８の高さがＺ２となると、加圧ツール１８によるクッション材２５の圧縮度合がほぼ０となる。

つまり、時間Ｔ４から時間Ｔ５の間は、ベース部材１２が上昇するため、加圧ツール１８による熱硬化性接着部材２４に対する加圧加熱状態が徐々に弱くなるものの、加圧ツール１８が高さＺ２に上昇するまではクッション材２５、電子部品２３、熱硬化性接着部材２４、及び基板Ｗが圧縮状態から非圧縮状態へ復元するため、加圧ツール１８はクッション材２５に接触した状態にある。そのため、時間Ｔ４から時間Ｔ５の間も、加圧ツール１８による熱硬化性接着部材２４の加圧加熱状態が維持されているとみなすことができる。

すなわち、熱硬化性接着剤２４を溶融硬化させるに要する圧着時間（Ｔ５−Ｔ２）を確保しつつ、時間Ｔ４で加圧ツール１８を上昇させるため、圧着時間が終了する時間Ｔ５で加圧ツール１８を上昇させる場合に比べて圧着時間を（Ｔ５−Ｔ４）だけ短縮することができる。

言い換えれば、従来のように熱硬化性接着剤２４の圧着が終了する時間Ｔ５から加圧ツール１８の上昇を開始し、時間（Ｔ５＋α）で加圧ツール１８を高さＺ２に上昇させたとすると、その場合の圧着時間は{（Ｔ５＋α）−Ｔ２}となるから、上述した圧着時間(Ｔ５−Ｔ２)に比べて時間αだけ余分に掛かることになる。なお、α＝（Ｔ５−Ｔ４）となる。

このように、時間Ｔ５で加圧ツール１８が高さＺ２まで上昇してクッション材２５から離れたならば、この加圧ツール１８の上昇速度、つまりベースプレート１２の上昇速度を、時間Ｔ４〜Ｔ５までの加圧ツール１８の上昇速度Ｖ３に比べて速い速度Ｖ４に加速する。そして、加圧ツール１８は時間Ｔ６で高さＺ０に戻り、その位置で待機することになる。

圧着時間（Ｔ５−Ｔ２）のうち、時間（Ｔ５−Ｔ４）における加圧ツール１８の上昇速度Ｖ３を、この加圧ツール１８が高さＺ２でクッション材２５から離れてからの上昇速度Ｖ４よりも遅くした。

つまり、加圧ツール１８は圧着時間のうちの最後の時間（Ｔ５−Ｔ４）では圧着時間終了後の（Ｔ６−Ｔ５）よりも緩やかに上昇させるようにした。そのため、時間Ｔ４で加圧ツール１８を急速（速度Ｖ４）に上昇させる場合に比べ、緩やかな速度（速度Ｖ３）で上昇する加圧ツール１８からはクッション材２５が剥離しやすくなるから、上昇する加圧ツール１８にクッション材２５が付着して破断するのを防止することができる。

しかも、加圧ツール１８を緩やかに上昇させることで、エアシリンダ１５のロッド１５ａも、そのエアシリンダ１５内を圧縮空気の圧力によって急激に押し戻されることなく、緩やかに移動する。そのため、ロッド１５ａが急激に戻ってピストン（図示せず）がエアリンダ１４に衝突する、衝突音が発生するのを防止することもできる。

なお、上記一実施の形態では時間Ｔ４〜Ｔ５における加圧ツールの上昇速度Ｖ３を、時間Ｔ５〜Ｔ６における上昇速度Ｖ４よりも遅くしたが、時間Ｔ４〜Ｔ５における加圧ツールの上昇速度を時間Ｔ５〜Ｔ６における上昇速度Ｖ４と同じにしてもよい。

この発明の一実施の形態の圧着装置を示す概略的構成図。 加圧ツールを正面から見た図。 基板を示す平面図。 加圧ツールの上下動作と時間との関係を示すタイムチャート。

符号の説明

１…昇降駆動機構、１１…加圧ユニット、１５…エアシリンダ(加圧手段)、１８…加圧ツール、１９…バックアップツール、２１…テーブル、２２…駆動装置、２３…電子部品、２４…熱硬化性接着部材、２５…クッション材、３１…制御装置。

Claims (5)

1. 基板に熱硬化性接着部材を介して仮圧着された電子部品を、クッション材を介して加圧ツールで加圧加熱して圧着する電子部品の圧着装置であって、
   昇降駆動機構と、
   上記加圧ツール及びこの加圧ツールに加圧力を付与する加圧手段が設けられ上記昇降駆動機構によって上下駆動される加圧ユニットと、
   上記加圧ツールが下降し上記クッション材に接触して上記電子部品に加圧力を付与してから上昇を開始して上記クッション材から離れるまでの時間を上記基板に上記電子部品を加圧加熱する圧着時間として上記昇降駆動機構及び上記加圧手段による上記加圧ツールの駆動を制御する制御手段と
   を具備したことを特徴とする電子部品の圧着装置。
2. 上記制御手段は、上記圧着時間の終了後に上記加圧ツールを上昇させる際、この加圧ツールが上記クッション材から離れるまでの上昇速度を、離れてからの上昇速度よりも遅くなるよう制御することを特徴とする請求項１記載の電子部品の圧着装置。
3. 上記制御手段は、上記加圧ツールを下降させて上記電子部品を上記基板に圧着する際、所定の速度で下降する上記加圧ツールの下降速度を、この加圧ツールがクッション材に接触する前に減速させることを特徴とする請求項１記載の電子部品の圧着装置。
4. 基板に熱硬化性接着部材を介して仮圧着された電子部品を、クッション材を介して加圧ツールで加圧加熱して圧着する電子部品の圧着方法であって、
   上記加圧ツールを下降させる工程と、
   下降した上記加圧ツールによって上記クッション材を圧縮して上記電子部品を上記基板に加圧加熱する工程と、
   上記加圧ツールが上記クッション材に接触して上記電子部品に加圧力を付与してから上昇を開始して上記クッション材から離れるまでの時間を上記基板に上記電子部品を加圧加熱する圧着時間として上記加圧ツールによる上記電子部品の圧着時間を制御する工程と
   を具備したことを特徴とする電子部品の圧着方法。
5. 上記圧着時間が終了後に上記加圧ツールが上昇する際、この加圧ツールが上記クッション材から離れるまでの上昇速度を、離れてからの上昇速度よりも遅くすることを特徴とする請求項４記載の電子部品の圧着方法。

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